Leistungselektronik

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Aufgabe, einen Hochspannungsschalter zu entwickeln. Zu den Herausforderungen der Aufgabenstellung gehörten das wiederholte, schnelle Schalten einer unterschiedlich hohen Spannung mit der Möglichkeit eines kontrollierten bidirektionalen Stromflusses. Der realisierte Schalter erweitert den Stand der Technik dahingehend, dass er einen Leistungshalbleiter im linearen Bereich ansteuert, um die Spannungssymmetrie in einer Reihenschaltung zu ermöglichen. Das Gesamtsystem aus Schalter und Ansteuerung kann hinsichtlich der Spannungsfestigkeit zu jedem Zeitpunkt skalierbar werden. Die Treiberschaltungen beziehen ihre Energie aus dem Lastkreis parasitär und besitzen eine Stromaufnahme von weniger als 1mA im statischen Zustand. Für die Ansteuerung wird eine analoge Schaltung verwendet, die durch den Einsatz von diskreten Standardkomponenten eine hohe Verfügbarkeit der Bauteile sicherstellt.

In dieser Arbeit ist ein neuartiges Messsystem zur applikationsnahen messtechnischen Analyse induktiver Bauelemente der Leistungselektronik vorgestellt worden. Die Besonderheit dieses Systems gegenüber konventionellen Messeinrichtungen besteht darin, dass das präsentierte System die typischen Belastungen induktiver Bauelemente in leistungselektronischen Applikationen hinsichtlich des Leistungs- und Frequenzbereichs sowie der spektralen Zusammensetzung replizieren kann. Während dieser Belastung erfolgt auch die messtechnische Analyse. Dadurch werden die komplexen nichtlinearen Mechanismen induktiver Bauelemente realitätsgetreu entsprechend der Zielanwendung angeregt, sodass die gewonnenen Ergebnisse sehr repräsentativ für den Zielbetrieb sind. Die Konzeptionierung des Messsystems, die Auslegung der variablen Leistungsquelle, die Wahl der Messmittel und die Entwicklung der neuartigen Berechnungsmethoden zur Extraktion der relevanten Parameter des induktiven Bauelements aus den Messdaten sind ebenso Bestandteil dieser Arbeit wie die Beurteilung der Eignung des realisierten Messsystems durch umfangreiche Messkampagnen und dem Vergleich gegenüber repräsentativen Referenzmessmethoden. Es ist demonstriert worden, dass das neue Messsystem eine sinnvolle Ergänzung zu bestehenden Messsystemen darstellt und aufgrund der applikationsnäheren Belastungen während des Messbetriebes relevante Parameter messtechnisch erfassen kann, die für den Einsatz in leistungselektronischen Anwendungen von Bedeutung sind und durch konventionelle Messsysteme aufgrund der unangepassten Anregung nicht detektiert werden